En 1984, la célebre novela de George Orwell, el Gran Hermano todo lo ve. Las personas viven bajo una vigilancia constante, donde cada gesto y cada palabra pueden ser observados desde la distancia. Lo que entonces parecía una distopía ficticia está cada vez más cerca de la realidad gracias a los avances en tecnología de detección e imagen. La tecnología de detección y captura de imágenes ha alcanzado un nivel sin precedentes. Un equipo de investigadores ha desarrollado un sistema LiDAR basado en detección de un solo fotón, capaz de reconstruir imágenes 3D detalladas a un kilómetro de distancia con una resolución milimétrica. Este avance, publicado en la revista Optica, abre la puerta a aplicaciones que van desde la seguridad y la vigilancia hasta la exploración espacial y la monitorización geológica.
El estudio, liderado por Aongus McCarthy de la Heriot-Watt University, ha demostrado la capacidad del sistema para capturar imágenes de rostros humanos desde cientos de metros, distinguiendo detalles con una precisión sin precedentes. El propio McCarthy, dice que su sistema usa un detector de un solo fotón aproximadamente el doble de eficiente que los empleados en sistemas LiDAR similares y que tiene una resolución temporal al menos diez veces mejor. Esto implica una mejora significativa en la capacidad de identificación remota y análisis de objetos en condiciones adversas.
LiDAR de un solo fotón: una revolución en la captura de imágenes
El LiDAR (Light Detection and Ranging) es una tecnología que utiliza pulsos de luz láser para medir distancias y reconstruir imágenes tridimensionales. Sin embargo, el avance presentado en este estudio se basa en un principio clave: la detección de un solo fotón. En lugar de depender de múltiples reflejos para obtener una imagen, este sistema es capaz de registrar un único fotón de luz reflejado por un objeto y calcular con extrema precisión la distancia a la que se encuentra.
El sensor utilizado es un detector superconductor de nanocables de un solo fotón (SNSPD, por sus siglas en inglés), desarrollado en colaboración con el MIT y el Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA. Este detector permite trabajar con láseres de muy baja potencia, totalmente seguros para el ojo humano, y operar en distancias largas con gran precisión.
Uno de los aspectos más impresionantes del sistema es su capacidad para diferenciar superficies con una separación de apenas 1 milímetro en profundidad a 325 metros de distancia. Para lograr esto, el detector fue enfriado a temperaturas cercanas a 1 K (-272°C) mediante un sistema criogénico desarrollado por la Universidad de Glasgow.
Aplicaciones en seguridad, vigilancia y exploración remota
El potencial de esta tecnología es vasto. Sus aplicaciones abarcan desde la seguridad y la vigilancia hasta la exploración geológica y espacial. En el ámbito de la seguridad, permitiría la identificación remota de personas y objetos a gran distancia, incluso en condiciones de baja visibilidad como humo, niebla o detrás de obstáculos como la vegetación.
El propio McCarthy destaca que el sistema podría utilizarse para adquirir imágenes detalladas de profundidad a través del humo o la niebla, así como en escenas con alta densidad de objetos. Esto lo hace útil para operaciones militares, búsqueda y rescate, así como para el monitoreo de infraestructuras críticas.
En el campo de la geología, el LiDAR de un solo fotón facilitaría la detección temprana de deslizamientos de tierra, el monitoreo de fallas tectónicas y la observación de cambios en la superficie terrestre. Por otra parte, en exploración espacial, podría emplearse para mapear la superficie de otros planetas con una precisión sin precedentes.
El experimento: capturando rostros a 325 metros de distancia
Para probar la efectividad del sistema, los investigadores realizaron varios experimentos en exteriores. En uno de ellos, escanearon una cabeza humana a 325 metros de distancia y lograron reconstruir una imagen tridimensional con suficiente detalle para reconocer los rasgos faciales.
El equipo también probó el sistema con objetos 3D impresos y estructuras de pequeño tamaño. El sistema fue capaz de resolver características de hasta 1 mm en condiciones de luz diurna a 45 metros y a 325 metros. Esto representa una mejora diez veces superior a experimentos previos en el mismo campo.
Por otra parte, el sistema fue probado a 1 kilómetro de distancia, donde logró obtener imágenes tridimensionales de estructuras complejas. Aunque a esta distancia la resolución no alcanzó el nivel milimétrico registrado en pruebas más cercanas, los investigadores consideran que con futuras optimizaciones, como algoritmos avanzados de procesamiento de datos y mejoras en la sensibilidad del detector, será posible captar detalles aún más finos. Estas pruebas a largo alcance demuestran el potencial del LiDAR de un solo fotón para aplicaciones en vigilancia remota, cartografía de terrenos y monitoreo de infraestructuras en escenarios de difícil acceso.
Desafíos y futuras mejoras
Si bien los resultados son prometedores, todavía existen desafíos por superar. Uno de ellos es la sensibilidad a la turbulencia atmosférica, que puede afectar la precisión de la imagen a largas distancias. Los investigadores planean probar el sistema en entornos más exigentes, como distancias de hasta 10 kilómetros y en condiciones climáticas adversas.
Otra posible mejora es el uso de longitudes de onda más largas en el infrarrojo medio. Según McCarthy, el diseño abre la puerta al desarrollo de un sistema LiDAR de un solo fotón en el infrarrojo medio, lo que mejoraría aún más la capacidad de imagen a través del humo y la niebla. Este tipo de avance permitiría aplicaciones aún más sofisticadas en seguridad y exploración.
Además, el equipo trabaja en acelerar el análisis de datos mediante el uso de métodos computacionales avanzados. Esto permitiría capturar y procesar imágenes en tiempo real, algo fundamental para aplicaciones militares y de rescate.
¿Innovación o vigilancia distópica?
Si bien esta tecnología promete revolucionar múltiples campos, su aplicación en vigilancia plantea cuestiones éticas importantes. La capacidad de captar imágenes detalladas de personas sin su conocimiento o consentimiento a largas distancias genera inquietud.
En un mundo donde la privacidad es un tema cada vez más delicado, la pregunta es inevitable: ¿Estamos avanzando hacia una sociedad con mayor seguridad o hacia un sistema de vigilancia masiva? La posibilidad de que gobiernos o corporaciones utilicen esta tecnología para monitorear a las personas sin restricciones es una preocupación legítima que debe abordarse con regulaciones claras y mecanismos de control.
McCarthy y su equipo destacan que su objetivo es desarrollar aplicaciones científicas y de seguridad pública, pero el debate sobre los límites éticos del uso del LiDAR de un solo fotón está abierto.
Referencias
- Aongus McCarthy et al. High-resolution long-distance depth imaging LiDAR with ultra-low timing jitter superconducting nanowire single-photon detectors, Optica, febrero 2025. DOI: 10.1364/OPTICA.544877.
Cortesía de Muy Interesante
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